高强度宽厚板的用途及开发

内蒙古科技大学 课程论文

题 目：高强度宽厚板用途及开发 学生姓名：谢庆云 学 号：1261105225 专 业：材料成型及控制工程 班 级：2012-成型2班 指导教师：曹建刚 教授 2

高强度宽厚板的用途及开发 谢庆云 （内蒙古科技大学 材料类与冶金学院，内蒙古 包头014010） 摘要：本文介绍了高强度中厚板的种类、用途、市场现状与发展，详细阐述了中国近几年船舶及海洋工程用钢板、高强度机械用钢、车辆用钢、水电站压力管用钢及其他用途高强度宽厚板，尤其针对几种不同用途的高强度钢的开发进行详细分析，并对高强度宽厚板的前景进行展望。 关键字:高强度；用途；开发；研究方向 Application and development of high strength and wide plate XIE Qing-yun (School of materials and metallurgy, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou, Inner Mongolia,014010) Abstract:This paper introduces the types, application, market status and development of high strength plate, and expounds in detail the steel plate for ship and offshore engineering,high strength mechanical steel, vehicle steel,hydropower station pressure pipe steel and other uses high strength heavy plate in China in recent years,the development of several high strength steel is analyzed in detail,and the prospect of high strength and wide plate is prospected. Key words:high strength；uses; development; research direction 人们通常把厚度4mm以上，宽度3000mm以上的钢板称为宽厚板。宽厚板用途广泛、品种繁多。概括有钢结构用板、造船板、桥梁板、压容板、锅炉板、管线用板、装甲板、建筑用耐侯板、原子能用板等。σｓ大于250MPa的钢板称作高强度钢板。[1] 1 高强度宽厚板现状 1.1 高强度钢材的生产现状 目前，国外高强钢的牌号比较强齐全，力学性能等也基本可以满足各种使用要求。国外该类钢的生产和应用已趋于稳定。发达国家的一些钢铁公司已经有了自己的系列产品和标准。例如：瑞典奥克隆德的 HARDOX系列、德国蒂森克虏伯 3

的 XAR 系列、日本的JFE的EVERHARD 系列等。这些厂家生产高强钢的时间 较久，且提供的产品已经得到了成功的应用。近几年，国内的高层钢结构建筑，大跨度空间结构的发展，像国家体育场就使用了Q460E，水立方工程使用了Q420，CCTV 新址使用了Q460，均是经专门论证而使用的。我国新的钢材规范低合金高强度结构钢 GB/T1591-2008，代替 GB/T1591-1994，也给出了Q500，Q550，Q620，Q690 级性能钢材，取消了Q235 强度 级别钢材。目前，国内主要的厂家的高钢产品基本处于同一质量水平。武钢产品主要以360级别为主，成品性能较好；舞钢成品板幅大，热处理手段齐全能够生产较厚的高强钢板；太钢高强钢板板形控 制好，平直度到达进口钢水平。虽然，国内已取得可喜的发展，但我国高钢整体尚未形成通用化、系列化的标准。[2]

1.2 宽厚板轧机的现状 我国目前建设投产的用于宽厚板生产的宽厚板坯连铸机都不同程度地具有前沿技术特征、很高的装备水平、配置了高水平的工艺模型和控制软件，完全具有生产高品质的无缺陷连铸坯的条件。但是生产的连铸坯规格厚度大多≤300mm，轧制厚度>80mm的高物理性能和等级的宽厚板材，工艺条件受到限制。宝钢和舞钢具有电炉冶炼和模铸生产宽厚板的条件，采用传统模铸工艺生产的扁锭，仍然具有高纯净钢和组织生产单件小批量、特殊用途钢材的灵活性。宝钢5m轧机二期工程粗轧机投产后，能采用1000mm厚的钢锭，轧制400mm的特厚钢板。舞阳钢厂经过多轮次试验，以连铸坯替代模铸扁锭轧制厚度130-150mm的钢板，成材率比模铸提高15%，达到88%以上；用连铸坯轧制可大大降低加热能耗和费用，以300mm厚连铸坯为例，其轧制前加热时间是4-5小时；而模铸生产对应的扁锭加热时间需要10多小时。[3] 2 高强度宽厚板的用途 高强度宽厚板多用于大型海洋工程和造船业、大型桥梁、大口径石油、天燃气输送管线、大型压力容器和储罐、重型建筑结构(特别是高层、防火、耐侯、大跨度和非对称的空间结构用途)、大型水利电力、核能和机械工程。高强度宽厚板不仅要求具有高的强度等级，要求高纯净度,高的韧性和抗疲劳特性;还要求具有良好的焊接和加工性能及其它特殊性能。这些用途的宽厚板往往还单独或综合要求具有良好的低温冲击性能，抗焊接热影响和裂纹敏感特性,或者试件断面 4

收缩率达到25%或35%以上的抗层状撕裂的性能。[4] 2.1 船舶及海洋工程用钢板 船用钢材主要是钢板、型材（包括角钢、Ｈ型 钢、Ｔ型钢、工字钢、球扁钢），以及船用钢管等。从品种规格来看，中国造船板品种、规格已基本能够满足市场要求。国内5000mm级宽厚板轧机已有6套，包括鞍钢鲅鱼圈、宝钢、沙钢、湘钢、五矿营钢等，均配备了完善的精整和热处理系统。船舶行业的发展对钢铁行业提出了“大、高、新”的要求，即大规格、高强度、新技术，需要在品种和规格、低温用钢、集装箱止裂板、油舱用耐腐蚀钢、海洋工程装备用钢、船用配套设备用钢、高效焊接技术等方面取得更大的突破。[5]

2.2 机械用高强钢板高强钢 机械行业是钢材消费大户，钢材消费量仅次于建筑行业，且机械行业用钢具有品种多、规格范围大的特点。目前，高强度工程机械用钢是国内钢铁企业研发进度最快的品种之一，传统的中厚板生产企业已具备了很高的生产技术水平和批量供应能力。宝钢成功研制出1000Mpa 级易焊接超高强厚板和1200Mpa级调质超高强厚板，引领了国内工程机械板的发展方向，达到了国际先进水平。80kg级工程机械用钢主要应用于大型电铲、钻机、推土机的铲斗、起重机吊臂和转台、煤机结构件等。70kg级工程机械用钢主要应用于工程机械、煤矿液压支架、军用舟桥、起重机吊臂等。60kg级工程机械用钢的生产企业相对较多,主要用于工程结构、煤机制造行业，如大型推土机底板、汽车起重机的液压支架、挖掘机底板、液压支架等。以煤炭机械为例，随着煤炭机械向大功率、高性能趋势发展，要求宽厚板的强度，耐磨性必须不断提高。[6] 2.3 车辆用钢 目前，许多汽车制造商为了应对世界范围所提出的节能减排要求，必须大量采用轻量化材料。高强度钢的大量应用不仅起到了节能减排的作用，同时还能提高汽车的安全性能，保持汽车的生产成本和提高其回收利用率。随着汽车碰撞安全性能的不断提升以及轻量化进程的推进，高强度钢已逐渐成为了许多新车型车身的主用材。车辆用钢,基本上分为三种类型,其一是车身结构的主体部分用材,如车身的纵 横梁、保险杠、发动机支架和转向齿轮箱支架等,需用板材虽有一定的厚 5

度要求, 但不需太宽的钢板来制造;其二为火车车箱外板,轿车的底盘、外壳、车门、挡泥板等,属于热轧或冷轧薄板范畴;另一类可以纳入宽厚板领域, 如大型挖掘机、大型装载机及大型电动轮翻斗车用材。154吨电动轮翻斗车的车箱底板,宽达64oomm,就需要宽度在300omm以上的钢板拼焊。[7]

2.4 水电站压力管用钢 高压水管是水电站装备极为重要的组成部分，近年由于各国修建的水电站水头不断提高，管径越来越大，高压水管选材就趋向高强度、大壁厚的钢板。水头高和管径的乘积是选材的一个重要依据。钢材的强度级别取决于钢管在具体电站设 计中受力大小，结构形式、以及水质、气候、地形等条件，同时又制约于钢管的造价、质量要求和施工进度。不论是普通水电站还是抽水蓄能电站，基本趋势是 提高高压水管用钢材的强度级别而减少壁厚。

2.5 其它用途的宽厚钢板 在国民经济和国防建设的其他领域需用厚度或宽度较大的中厚钢板情况,在国外一般15—20%。 2.5.1 桥梁用钢板 栓焊结构的铁路桥和悬拉式公路桥的钢制纵梁,最大跨度已超过20Om。到目前为止世界上大型桥梁拼板厚度在10一50m,最大板宽在30mm左右。 2.5.2 建筑用钢板 不论是工业建筑还是民用设施的梁、柱、衔架等,虽可用钢板拼焊,承受静载或动载,除了大型箱式结构或如水坝闸门、港口码头外,极少采用宽且厚的钢板作为结 构材料。 2.5.3 装甲钢板 在国防建设方面,各军兵种的装甲钢板是特殊的一类钢材,为了提高坦克、装甲运输车、炮台以及舰船的防护能力,要求生产各类高抗弹性能的装甲用板材,由常规热轧钢板到形变热处理的产品,以均质装甲钢板至复合装甲钢板,厚度由6.0-l00mm,产业的提升就要求基础产品用材的质量升级。如低合金类大于60mm的厚板、高层建筑用z向钢、舰艇用钢、桥梁钢等，这些产品（或使用领域）对热处理中厚板都有要求。高层建筑用热处理z向中厚板钢主要使用在超高层的高